Authentiek orgelgeluid door moderne techniek

Voor de restauratie van het 18e -eeuwse mechanische orgel van de dorpskerk in Woubrugge nam orgelmaker Elbertse & Van Vulpen een bijzonder besluit: In plaats van gebruik te maken van een luchtpomp voor het genereren van wind, is een ingenieuze oplossing bedacht waarmee de wind op authentieke wijze door de oorspronkelijke balgen wordt gemaakt. In een samenwerking met Festo en ERIKS is het idee vertaald naar een technische oplossing waarin een servo aangedreven spindelgeleiding, sensoren en besturing in een op maat gemaakte besturingskast het werk van de calcanten overnemen.

Kerkorgel toets

Wanneer de organist van een mechanisch orgel een toets of pedaal indrukt, opent hij op een mechanische manier een klepje en laat zo lucht in de betreffende orgelpijp stromen. Wanneer deze tegen het labium aankomt, ontstaat uiteindelijke het zo kenmerkende geluid van een orgel. Deze lucht heet in orgeltermen ‘wind’ en is afkomstig uit één of meer grote balgen die heel vroeger door zogenaamde orgeltrappers of ‘calcanten’ werden gevuld. Dit deden zij door te trappen op een hefboom die aan elk van de balgen is gemonteerd; na het intrappen (en hiermee het vullen van de balg) zakt de balg door zijn eigen gewicht weer in en perst daarbij de wind richting het orgel. Het bedienen van deze hefbomen was een vermoeiend karwei waarvoor bij grote orgels met veel balgen een heel team nodig was om voldoende wind te produceren. En dan nóg hadden veel organisten last van het feit dat het met zoveel mensen niet eenvoudig is om altijd de benodigde constante winddruk te creëren.

Elektrisch aandrijven

Deze problemen werden opgelost toen de techniek het toeliet om de orgelwind te genereren met behulp van een windmachine of elektrische blazer: een combinatie van elektrisch aangedreven pompen en ventilatoren die constante en relatief stille wind produceren. Een uitkomst: geen mensen meer nodig en altijd een constante winddruk. Marijn Slappendel is werkzaam bij Elbertse & Van Vulpen Orgelmakers en weet: ‘Een uitkomst qua arbeid en constantheid van de luchtdruk maar de nieuwe oplossing bracht ook nieuwe problemen. Zo produceert de elektrische windgenerator geluid dat vooral zachte orgelmuziek verstoort. Daarnaast zorgt deze manier van wind maken voor ‘onrust in de klank van het orgel’. Een lastig te definiëren aspect natuurlijk en ook niet eenvoudig te meten, maar voor organisten en kenners een niet te missen beperking van een elektrische windgenerator.

Elbertse & Van Vulpen samen met collega Martin de Deyne

Elbertse & Van Vulpen samen met collega Martin de Deyne

Dorpskerk Woubrugge

Als orgelmaker is Elbertse & Van Vulpen gespecialiseerd in zowel het bouwen van nieuwe orgels als het (steeds meer) restaureren van oude orgels. Daarbij bestond al langer de wens om de eerdergenoemde ‘onrust’ te elimineren door de balgen op de ‘oude’ manier te liften in plaats van ze met ventilatoren te vullen met wind. ‘Uiteraard was het ook niet de bedoeling om de calcanten nieuw leven in te blazen’, geeft Marijn aan. ‘Maar ergens móest het toch mogelijk zijn om een technische oplossing te vinden die de balgen met lucht vult alsóf dit door een calcant gebeurt.’

Marijn werd op een idee gebracht toen hij een artikel las waarin stond beschreven hoe Festo een servomotor in combinatie met een controller had toegepast om de balgen van een klein Italiaans orgel van het conservatorium in Regensburg automatisch te openen. ‘De oplossing in deze vorm was niet geschikt voor grotere orgels, maar hij gaf wel aan dát er mogelijkheden waren’, meent Marijn.

Met dit artikel in zijn achterhoofd nam hij contact op met Festo toen de orgelmaker de opdracht kreeg voor restauratie van het Mitterreither-orgel uit de Dorpskerk in Woubrugge. Dit laat 18e -eeuwse orgel (1794) met ruim duizend orgelpijpen was zwaar aan restauratie toe met onder meer een scheefgezakte orgelkast vol kieren en scheuren, beschadigde en vervuilde pijpen en lekkende windladen. ‘We wilden dit orgel graag zijn authentieke klank teruggeven en bedachten hiervoor een constructie waarbij een as met een meenemer van onderaf de balg omhoog zou drukken zodat deze zich met lucht kan vullen. Door het sneller terug laten zakken van de as dan de balg zelf, kan de laatste volledig op eigen gewicht weer terug zakken en zo op authentieke wijze wind voor het orgel produceren.’

De oplossing

Zo eenvoudig als het klinkt, zoveel vragen kwamen er in de ontwikkelings- en realisatiefase om de hoek kijken. Onder meer met betrekking tot de besturing: hoe met deze eruit zien en op welke manier is hij het beste en meest compact onder te brengen? Het orgel werkt bijvoorbeeld met drie balgen waarvan er altijd minimaal één gevuld moet zijn met wind om het orgel altijd van wind te kunnen voorzien. De besturing moet in alle gevallen dus voorkomen dat mogelijk de drie balgen gelijktijdig leeg zijn. Daarnaast zocht Marijn naar een methode om eenvoudig te kunnen meten hoe ver een as is uitgeschoven zodat op alle momenten bekend is hoe de stand van de balg is. Bovendien moest het bewegingspatroon van de as – en hiermee de balgen – volledig beheerst worden doorlopen én moet de as zich snel genoeg kunnen terugtrekken zodat de balg op eigen gewicht kan inzakken.

Besturing

In samenwerking met Festo en ERIKS werd in een intensief project uiteindelijk gekozen voor een servoaangedreven spindelactuator. Deze bestaat uit de Festo ELGA-B5 kogelomloopgeleiding in combinatie met een EMMT-servomotor, een CMMT servodrive en het automatiseringssysteem CPX-E. De sensor om de positie van de as te meten, betreft de SIEH naderingsensor. Marijn: ‘Deze sensor wordt aan de balg bevestigd en beweegt zich langs een element met gaatje erin. Iedere keer als de sensor langs een gaatje komt telt hij een stapje waardoor de besturing precies weet waar de balg zich bevindt.’

De besturing controleert in de eindoplossing voortdurend elk van de drie balgen of deze nog lucht bevatten of volledig dicht zijn. In het laatste geval zal de besturing de as een startsignaal geven om uit te lopen. Het bewegingspatroon is zo dat de actuator eerst langzaam naar boven beweegt tot de meenemer voelt dat hij tegen de balg aankomt. Op dat moment versnelt de actuator en gaat vervolgens met een vooraf ingestelde snelheid door tot hij bijna aan het eind van de slag is. In het laatste stuk vertraagt hij weer tot de balg in zijn gewenste eindstand is gekomen. Vervolgens trekt de actuator zich relatief snel terug waardoor de balg op eigen gewicht naar beneden kan zakken en de wind in het orgel laten.

Besturingskast

De hardwarecomponent van de besturing – de CPX-E PLC – is ingebouwd in een aparte besturingskast die ontworpen is door ERIKS. Een belangrijke partner in dit project die kon voldoen aan alle wensen van de orgelbouwer. Marijn: ‘Festo heeft bewust contact opgenomen met ERIKS Precision Motion & Control in Schoonhoven, aangezien het hier om een partnerbedrijf gaat met veel kennis, ervaring en flexibiliteit om motion-vraagstukken naar behoefte in te vullen.

Hij vervolgt: ‘Bovendien vulde hun kennis en ervaring Festo naadloos aan waardoor we gezamenlijk onze toekomstvisie konden vertalen naar een schaalbare oplossing. De kast is nu zodanig dat we in de toekomst eenvoudig het benodigde aantal modules kunnen kiezen passend bij het aantal balgen waarvan een specifiek orgel gebruik maakt. Voor het orgel van Woubrugge hebben we dus een kast met de besturing voor drie aandrijfsystemen, maar daar kunnen we er ook eenvoudig vijf of acht van maken. Ook de software is zodanig modulair opgebouwd dat we grote delen bij een volgend orgel opnieuw kunnen gebruiken ’

Het programmeren van de besturing had Marijn na twee dagen training van Festo al snel onder de knie. ‘Het is een prettig idee voor mij als organist en restaurateur, met weinig ervaring in de machinebouw, dat ik de besturing ken en beheers. Het betekent immers dat ik niet afhankelijk ben van anderen wanneer er een storing is en bovendien in staat ben bij een volgend orgel het programmeerwerk volledig zelfstandig uit te voeren zonder ondersteuning van Festo en ERIKS.’

Hij besluit: ‘Inmiddels ben ik die weg al gedeeltelijk ingeslagen met het zelfstandig finetunen van het ontwerp voor dit orgel om zo het maximale eruit te kunnen halen. Alles wat we nu in dit eerste orgel perfectioneren levert voordelen op voor elk orgel dat nog volgt. Echt een oplossing waar muziek in zit.

oktober 2023

Overzicht